CN108245819B - 水系灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火剂领域，尤其涉及一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分包括水溶性铵盐、表面活性剂、尿素、抗冻剂、氨基羧酸盐、发泡剂和水，其中，按重量百分比计，水溶性铵盐为10‑30％、尿素为15‑20％、氨基羧酸盐为0.1‑0.5％、发泡剂为0.5‑1％、水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为10:1‑30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1‑1.5，余量为水，本发明的水系灭火剂透明、储存稳定无分层、PH值在6.5左右，无毒性，对灭火器的腐蚀性小，混合液体系的相容性好，对环境友好，并且本发明的灭火剂在低温环境中使用稳定，且该灭火剂的灭火效率高，灭火效果可以达到3A、89B，另外，本发明的灭火剂制作方法简单，经济。

Description

水系灭火剂

技术领域

本发明涉及灭火剂领域，尤其是一种水系灭火剂。

背景技术

水系灭火剂通常由水、润湿剂、阻燃剂以及其他添加剂组成，一般以液滴或以液滴和泡沫混合的形式来灭火，水系灭火剂可以用于A类和B类火场的扑救，由于水的凝固点为0℃，因此，同样的水系灭火剂配方在室温储存下稳定时，在零下20℃至零下40℃储存时，灭火剂中的组分容易析出或者结晶，需要不断的调整配方，不利于工业上大规模的生产应用。

水系灭火剂中还加有各种添加剂，其中加入的表面活性剂通常相对稳定，但是随着长期储存的过程中，表面活性剂也容易发生水解，水解后会造成水质变硬，此时在灭火器的内壁就容易发生腐蚀，通常加入缓蚀剂来解决水系灭火剂对灭火器的腐蚀问题。

在水系灭火剂中加入乙二醇作为降凝剂较为常见，乙二醇的添加量越多，体系的凝固点降低的也越多，但是在灭火过程中会因乙二醇的含量大量存在而起到助燃的效果，不但不会灭火，还会加大火势。现有的水系灭火剂一般控制乙二醇的量在15％以内，同时加入大量的无机盐来获得凝固点较低的灭火剂，这种方法加入的无机盐的种类多，并且需要加入多种添加剂才能制得透明、储藏稳定的灭火剂，若增加乙二醇的含量，则会因为乙二醇的助燃效果，导致灭火效率差，同时乙二醇的加入，还会使无机盐在低温环境下容易析出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温环境中使用的水系灭火剂，该水系灭火剂透明、储存稳定无分层、对灭火器的腐蚀性小，对环境友好，且该灭火剂的灭火效率高，在低温环境中使用稳定，适用于灭A类火和B类火。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分包括水溶性铵盐、表面活性剂、尿素、抗冻剂、氨基羧酸盐、发泡剂和水，其中，按重量百分比计，水溶性铵盐为10-30％、尿素为15-20％、氨基羧酸盐为0.1-0.5％、发泡剂为0.5-1％、水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为10:1-30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1-1.5，余量为水。

进一步的，水系灭火剂中水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1.5。

进一步的，水溶性铵盐为磷酸二氢铵和磷酸氢二铵两种。

进一步的，抗冻剂为乙二醇或丙三醇中的一种或两种。

进一步的，氨基羧酸盐选择乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸四钠、二乙烯三胺五羧酸五钠、氨三乙酸三钠中的一种或几种。

进一步的，表面活性剂为全氟烷基甜菜碱、全氟烷基磺酸盐或全氟烷基硫酸脂盐中的一种。

进一步的，发泡剂为烷基糖苷。

进一步的，一种水系灭火剂的制备方法，它包括如下步骤：

步骤一：将纯净水升温至50-70℃，分别按重量比称取尿素、水溶性铵盐，并加入升温后的纯净水中，边加入边搅拌，搅拌110-130分钟后得到混合液1；

步骤二：在混合液1中加入抗冻剂，搅拌30-40分钟得到混合液2；

步骤三：在混合液2中加入表面活性剂和发泡剂，搅拌30-40分钟后得到均匀的混合溶液3，最后向混合液3中加入氨基羧酸盐，搅拌均匀后即得水系灭火剂。

进一步的，水系灭火剂还可加入缓蚀剂，所述缓蚀剂为有机膦酸盐，缓蚀剂的加入量为灭火剂配方重量的0.01-0.5％，其中有机膦酸盐选择乙二胺四甲叉磷酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠或氨基三甲叉磷酸五钠中的一种或几种。

本发明的水系灭火剂透明、储存稳定无分层、PH值在6.5左右，无毒性，对灭火器的腐蚀性小，混合液体系的相容性好，对环境友好，并且本发明的灭火剂在低温环境中使用稳定，且该灭火剂的灭火效率高，灭火效果可以达到3A、89B，另外，本发明的灭火剂制作方法简单，经济。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

本发明公开了一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分包括水溶性铵盐、表面活性剂、尿素、抗冻剂、稳定剂、发泡剂和水，其中，按重量百分比计，水溶性铵盐为10-30％，氨基羧酸盐为0.1-0.5％，尿素为15-20％，发泡剂为0.5-1％，水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为10-30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1-1.5，余量为水。

其中水溶性铵盐为磷酸二氢铵和磷酸氢二铵，水溶性铵盐的加入量在配方中可以调整，具体为灭火剂配方重量比的10-30％，优选为配方重量的30％。

其中表面活性剂选自全氟烷基甜菜碱或全氟烷基磺酸盐或者全氟烷基硫酸脂盐，发泡剂选自烷基糖苷或者烷基硫酸钠或者丙基甜菜碱。

水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为10-30:1，优选为30:1。

其中氨基羧酸盐选择乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸四钠、二乙烯三胺五羧酸五钠、氨三乙酸三钠中的一种或几种。

本发明的水系灭火剂的PH值为6.5，通过调整磷酸二氢铵和磷酸氢二铵之间的比例关系来调整灭火剂体系的PH值。

其中抗冻剂为乙二醇或丙三醇的一种或两种，抗冻剂优选为乙二醇，尿素和抗冻剂的重量比为1:1-1.5，优选为1:1.5，加入尿素和乙二醇均可以降低水系灭火剂的凝固点，通常由于乙二醇具有助燃作用，从而限制了乙二醇的加入量，在本发明的水系灭火剂配方中，加入尿素和水溶性铵盐，通过调整尿素与乙二醇的比例关系，结合加入的水溶性铵盐得到一种低温储存性能好同时灭火效率高的水系灭火剂。

本发明中尿素和乙二醇的加入量与灭火剂凝固点和灭火时间的变化如表1所示：

表1

本发明中还可加入缓蚀剂，在本发明的配方中，缓蚀剂是选择加入的，其中缓蚀剂为有机膦酸盐，有机膦酸盐选择乙二胺四甲叉磷酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠或氨基三甲叉磷酸五钠中的一种或几种，缓蚀剂的加入量为灭火剂配方重量的0.01-0.5％，加入缓蚀剂可以进一步的减缓灭火剂对灭火器的腐蚀。

实施例1

本实施例为最佳实施例，本实施例公开了一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分按重量百分比包括磷酸二氢铵15％、磷酸氢二铵15％、乙二胺四乙酸二钠0.5％、尿素20％、乙二醇30％、全氟烷基甜菜碱1％、烷基糖苷1％、水17.5％。

本实施例中，称取17.5kg的纯净水并升温至50℃，分别称取20kg尿素、15kg磷酸二氢铵和15kg磷酸氢二铵，将上述组分加入升温后的纯净水中，边加入边搅拌，转速设置在600-800r/min，搅拌130分钟后得到混合液1，在混合液1中加入30kg的乙二醇，搅拌40分钟后得到混合液2，在混合液2中加入全氟烷基甜菜碱1kg和烷基糖苷1kg，搅拌40分钟得到均匀的混合溶液3，最后向混合液3中加入0.5kg的乙二胺四乙酸二钠，搅拌均匀后即得灭火剂产品。本实施例制备的灭火剂透明、无分层。

本实施例中通过加入乙二醇来降低水系灭火剂的凝固点，由于在灭火过程中乙二醇会燃烧，加入磷酸二氢铵和磷酸氢二铵来延缓乙二醇的反应，由于磷酸二氢铵和磷酸氢二铵在乙二醇中的溶解度小，当水溶性铵盐的含量在10-30％时，灭火剂在低温环境(例如零下20℃至零下40℃的环境)中使用时，水溶性铵盐会析出从而导致灭火剂的成分在灭活罐中析出，堵塞灭火罐的喷嘴，导致灭火剂的失效。全氟烷基甜菜碱和氨基羧酸盐的配合使用，可以解决水溶性铵盐在常温以及低温环境中体系平衡的问题，防止水溶性铵盐的析出。

本实施例中表面活性剂选用全氟烷基甜菜碱，全氟烷基甜菜碱是一种两性氟表面活性剂，其含量通常为氨基羧酸盐的3-4倍，优选的表面活性剂的用量为乙二胺四乙酸二钠的2倍，本实施例的灭火剂表面张力为16.8mN/m，加入表面活性剂来降低灭火剂的表面张力，加入氨基羧酸盐使灭火剂的成分更好的润湿可燃固体(A类)和可燃液体(B类)，灭火效果为3A、89B，提高了泡沫的抗烧性能。

在本实施例中尿素、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵是通过吸热冷却、稀释氧气、形成隔热层来达到阻燃的效果，其中磷酸二氢铵和磷酸氢二铵在受热分解产生的气体不仅会对火场区域的助燃气体进行稀释，而且对灭火区域进行冷却降温的作用，分解产生的磷酸有助于木材的分解碳化，减慢木材的热分解起到很好的阻燃效果，泡沫覆盖组分覆盖在可燃固体(A类)和可燃液体(B类)的表面上，可以防止火源的复燃。

本发明的灭火剂各组分的比热容不同，尿素的比热容为1.55KJ/Kg℃、磷酸氢二铵的比热容为1.43KJ/Kg℃、磷酸二氢铵的比热容为1.29KJ/Kg℃、乙二醇的比热容为2.4KJ/Kg℃，由于比热容低的物质温度升高的快，所以在同样的火场温度下，灭火剂中上述组分起作用的时间点有先后的顺序，磷酸二氢铵吸热温度升高的最快，尿素和磷酸氢二铵次之，乙二醇最后。上述四种组分起作用的方式也不同，尿素、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵在高温下分解，乙二醇在高温下与O₂反应，其中尿素、磷酸二氢铵与磷酸氢二铵分解产生的NH₃和H₂O，稀释了环境中的氧气，使得与乙二醇反应的氧气的含量减少，尿素、磷酸二氢铵与磷酸氢二铵分解同时吸收环境中的热量，降低了火场的温度，进一步地使乙二醇的反应时间错后，这么做的目的是防止在火场燃烧剧烈时，乙二醇同步燃烧，产生助燃的效果，不利于对火势的控制，在这里乙二醇与尿素、磷酸二氢铵与磷酸氢二铵之间起协同作用，尿素、磷酸二氢铵与磷酸氢二铵三者分解后的产物降低了火场温度使乙二醇不会迅速达到燃点，并且尿素、磷酸二氢铵与磷酸氢二铵分解产生的NH₃、CO₂和H₂O稀释了火场中的氧气浓度，使乙二醇可以缓慢的反应。

磷酸二氢铵和磷酸氢二铵受热分解生成粘稠的H₃PO₄和NH₄PO₃的混合物附着在可燃物的表面，可以阻止火势的蔓延，磷酸二氢铵和磷酸氢二铵受热分解产生的NH₃和H₂O，尿素在受热时分解产生的NH₃和CO₂对火场区域的氧气浓度进行稀释，降低了火场可燃物附近的氧气浓度，使可燃物的附近因没有足够的氧气浓度来支持其继续燃烧而停止燃烧，同时尿素、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵受热分解时会吸收热量，从而降低了火场的温度，火场温度的降低使得引燃温度高于尿素、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵的乙二醇的反应延后，乙二醇达到引燃温度的时间延长，同时氧气浓度的降低也进一步地使乙二醇反应延缓，降低了乙二醇的助燃作用，乙二醇的反应产生的CO₂和H₂O又进一步的控制了火势的蔓延。

本发明的耐低温水系灭火剂存储在水系灭火器中，用于扑灭A、B型火灾，当木材、棉、麻或者汽油、煤油等着火时，此时火场的温度在600-800℃之间，将水系灭火器的软管对准火源根部灭火，本发明耐低温的水系灭火剂的灭火步骤及原理如下：

(一)灭火剂混合液中的各组分在高压的灭火器中喷出后，进入大气压的环境，产生的泡沫伴随着混合液的各组分进入火源的根部。

(二)混合液在可燃物的表面形成水膜，泡沫覆盖在可燃物的表面起到隔绝氧气的作用。

(三)在火场600-800℃的条件下，混合液中的各组分开始升温，当温度在155℃-180℃范围内时，组分中的磷酸氢二铵在155℃时开始分解产生NH₃和H₂O，尿素在160℃分解为NH₃和CO₂，磷酸二氢铵在180℃分解产生NH₃和H₂O，上述组分产生的NH₃和H₂O将火源附近的氧气稀释，同时降低了火源附近的温度，阻止了火势的进一步的蔓延，其中NH₃在650℃时反应生成N₂和H₂O，进一步起到灭火的作用。

当温度达到380℃时，达到乙二醇的引燃温度，灭火剂中加入的乙二醇开始与周围的氧气反应产生CO₂和H₂O，乙二醇反应产生的CO₂和H₂O又进一步的起到灭火的效果。

本实施例的灭火剂各项物性性能和灭火剂性能均能达到GB17835-2008要求。经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，各项技术指标如下：

实施例2

本实施例公开了一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分按重量百分比包括磷酸二氢铵7.5％、磷酸氢二铵7.5％、乙二胺四乙酸二钠0.3％、尿素17％、乙二醇25％、全氟烷基甜菜碱1％、烷基糖苷0.5％、水41.2％。

本实施例中，称取41.2kg的纯净水并升温至60℃，分别称取17kg尿素、7.5kg磷酸二氢铵和7.5kg磷酸氢二铵，将上述组分加入升温后的纯净水中，边加入边搅拌，转速设置在600-800r/min，搅拌120分钟后得到混合液1，在混合液1中加入25kg的乙二醇，搅拌40分钟后得到混合液2，在混合液2中加入全氟烷基甜菜碱1kg和烷基糖苷0.5kg，搅拌40分钟得到均匀的混合溶液3，最后向混合液3中加入0.3kg的乙二胺四乙酸二钠，搅拌均匀后即得本发明的灭火剂产品。

本实施例的灭火剂各项物性性能和灭火剂性能均能达到GB17835-2008要求。经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，各项技术指标如下：

实施例3

本实施例公开了一种水系灭火剂，水系灭火剂的成分按重量百分比包括磷酸二氢铵5％、磷酸氢二铵5％、乙二胺四乙酸二钠0.1％、尿素15％、乙二醇20％、全氟烷基甜菜碱1％、烷基糖苷1％、乙二胺四甲叉磷酸钠0.5％、水52.4％。

本实施例中，称取52.4kg的纯净水并升温至50℃，分别称取17kg尿素、7.5kg磷酸二氢铵和7.5kg磷酸氢二铵，将上述组分加入升温后的纯净水中，边加入边搅拌，转速设置在600-800r/min，搅拌110分钟后得到混合液1，在混合液1中加入20kg的乙二醇，搅拌30分钟后得到混合液2，在混合液2中加入全氟烷基甜菜碱1kg和烷基糖苷1g，搅拌30分钟得到均匀的混合溶液3，最后向混合液3中加入0.1kg的乙二胺四乙酸二钠和0.5kg乙二胺四甲叉磷酸钠，搅拌均匀后即得本发明的灭火剂产品。

本实施例的灭火剂各项物性性能和灭火剂性能均能达到GB17835-2008要求。经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，各项技术指标如下：

对比例

本对比例中提供了6个方案进行对比，这四个方案分别为对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5和对比例6，在这里只列举了这些比较有代表性的例子，上述举例均为研究过程中的实例。

对比例1：

与实施例1不同的是，对比例1中的灭火剂配方不加入乙二胺四乙酸二钠。

对比例2：

与实施例1不同的是，对比例2中的灭火剂配方不加入全氟烷基甜菜碱。

对比例3：

与实施例1不同的是，对比例3中的灭火剂配方加入全氟烷基甜菜碱的含量为4％重量份。

对比例4：

与实施例1不同的是，对比例4中的灭火剂配方加入全氟烷基甜菜碱的含量为0.5％重量份。

对比例5：

与实施例1不同的是，对比例5中的灭火剂配方中加入碳氢表面活性剂来替代全氟烷基甜菜碱，碳氢表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、咪唑啉等，具体的选择十二烷基硫酸钠，其含量为1％重量份。

对比例6

与实施例5不同的是，十二烷基硫酸钠的含量为4％重量份。

实施例1与对比例1-4的配方对比见下表：

对比例1和对比例2的灭火剂产品在低温环境(例如零下20℃至零下40℃的环境)储藏时，灭火剂溶液会有铵盐的结晶析出，析出量随着储存时间的增加而增加，对比例1和对比例2的灭火剂组分析出后，会导致灭火效果的下降，经测试在零下35℃的环境中，对比例1的灭火效果为1A、55B，对比例2的灭火效果为1A、60B,不能达到扑灭3A、89B级别的使用标准，如果采用上述组分进行配比，得到的灭火剂在面对高等级火场时，很难有效的对其进行扑灭。

对比例3和对比例4的配方同时加入乙二胺四乙酸二钠和全氟烷基甜菜碱后，增加或者减少全氟烷基甜菜碱的含量，磷酸二氢铵和磷酸氢二铵的析出量减少，经测试在零下35℃的环境中，对比例3的灭火效果为2A、60B，对比例4的灭火效果为2A、66B。同样，实施例和对比例的灭火剂在喷射时产生泡沫，泡沫的抗烧性能也发生变化，具体见表2。

表2

由表2可以看出，实施例1的灭火剂的抗烧时间最长为86s，最大气泡高度最大为29mm，实施例1-3的灭火剂的抗烧时间均长于对比例中抗烧时间最长的76s，最大气泡高度也大于对比例中最大气泡高度24mm，实施例1-3通过限定乙二胺四乙酸二钠和全氟烷基甜菜碱的用量来实现抗烧时间和最大气泡高度的优化，进而实现灭火效果的提升，采用实施例1-3的灭火剂均可以达到3A、89B的灭火效果。

对比例5和对比例6中将表面活性剂全氟烷基甜菜碱替换为碳氢表面活性剂后，同样会造成灭火剂在低温储存时析出铵盐的晶体导致灭火效果的降低，氨基羧酸盐和氟碳类表面活性剂的加入解决了水系灭火剂配方中各组分的相容性问题，使制得的灭火剂透明清澈，不分层，另外，在将灭火器中灌装灭火剂使用时，当外界的环境温度为零下25℃至零下40℃时，由于水溶性铵盐在醇或者醚类的溶剂中溶解度低，此时铵盐容易析出，当灭火剂组分作用在高温燃烧的固体或液体时，碳氢类表面活性剂由于不耐高温容易失去活性，从而容易引起火灾的复燃。经测试在零下35℃的环境中，对比例5的灭火效果为2A、70B，对比例6的灭火效果为2A、80B,本发明实施例1-3的灭火剂组分在零下25℃至零下40℃环境条件下使用时，氨基羧酸盐和表面活性剂起协同的作用，灭火剂组分不会分层或从灭火剂中析出晶体，同时灭火剂能很好的附着在可燃物的表面，防止可燃物的复燃，采用实施例1-3的灭火剂均可以达到3A、89B的灭火效果。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种水系灭火剂，其特征在于，所述水系灭火剂的成分包括水溶性铵盐、表面活性剂、尿素、抗冻剂、氨基羧酸盐、发泡剂和水，其中，按重量百分比计，水溶性铵盐为10-30％、尿素为15-20％、氨基羧酸盐为0.1-0.5％、发泡剂为0.5-1％、水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为10:1-30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1-1.5，余量为水，所述表面活性剂为全氟烷基甜菜碱，所述氨基羧酸盐选择乙二胺四乙酸二钠，所述抗冻剂为乙二醇。

2.根据权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，所述水系灭火剂中水溶性铵盐和表面活性剂的重量比为30:1，尿素和抗冻剂的重量比为1:1.5。

3.根据权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，所述水溶性铵盐为磷酸二氢铵和磷酸氢二铵两种。

4.根据权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，所述发泡剂为烷基糖苷。

5.权利要求1-4中任一项权利要求所述的水系灭火剂的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：将纯净水升温至50-70℃，分别按重量比称取尿素、水溶性铵盐，并加入升温后的纯净水中，边加入边搅拌，搅拌110-130分钟后得到混合液1；

步骤二：在混合液1中加入抗冻剂，搅拌30-40分钟得到混合液2；

步骤三：在混合液2中加入表面活性剂和发泡剂，搅拌30-40分钟后得到均匀的混合溶液3，最后向混合液3中加入氨基羧酸盐，搅拌均匀后即得水系灭火剂。

6.根据权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，所述水系灭火剂还可加入缓蚀剂，所述缓蚀剂为有机膦酸盐，缓蚀剂的加入量为灭火剂配方重量的0.01-0.5％，其中有机膦酸盐选择乙二胺四甲叉膦 酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠或氨基三甲叉膦 酸五钠中的一种或几种。